JP5708371B2 - 照明用電源装置および保持電流の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、位相制御式の調光器により調光を行う照明用電源装置に関し、特にＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた照明装置の調光を制御可能な電源装置および保持電流の決定方法に関する。

近年、二酸化炭素の排出量を低減するため、消費電力の大きな白熱灯に代わって消費電力の少ないＬＥＤを用いた照明器具（以下、ＬＥＤランプと称する）が普及しつつある。従来、ＬＥＤランプの電源装置において、位相制御式の調光器により調光を制御する技術が提案されている（特許文献１）。また、白熱灯の電源装置においても、位相制御式の調光器による調光制御が行われている。

特許文献１にも記載されているように、位相制御式の調光器を備えたＬＥＤランプの電源装置においては、商用交流電源からの交流電源電圧を、スイッチング素子としてのサイリスタやトライアック、および該スイッチング素子をオン、オフ制御する制御部を備えた位相制御式調光器と、交流を直流に変換する整流回路と、所望の電力をＬＥＤランプへ供給するＡＣ−ＤＣコンバータを有する照明用電源回路などから構成されており、位相制御式調光器において、調光調節手段としての可変抵抗の抵抗値などに応じてスイッチング素子のオン位相角を制御部により制御することで、交流電源電圧のデューティ比を変化させて、照明用電源回路に接続されたＬＥＤの調光を行うようにしている。

特開２００７−２２７１５５号公報 特開２００９−１５８１７３号公報

位相制御式調光器においてスイッチング素子として使用されるサイリスタやトライアックは、トランジスタのようなスイッチング素子と異なり電流を完全に遮断してしまうと誤動作してしまうため、オン状態を維持できる最小電流（保持電流）を常時流しておくようにするのが望ましい。ところで、位相制御式の調光器を備えた白熱灯の電源装置においては、白熱電球が低抵抗負荷として見えるため、位相制御調光器においてサイリスタやトライアックの保持電流以上の電流が流れ、調光を下げても位相制御調光器は正常動作が可能であった。

しかし、位相制御式の調光器を備えたＬＥＤランプの電源装置においては、ＬＥＤランプが誘導性負荷に見えるため、調光を下げるとサイリスタやトライアックの保持電流以上の電流が流れなくなり、位相制御調光器が異常動作することがある。しかも、サイリスタやトライアックはその種類によって保持電流の大きさが異なっており、現在市場に提供されている位相制御調光器は、保持電流に数ｍＡ〜数１００ｍＡの幅があるため、すべてに対応できるように電源装置を設計すると、保持電流が数ｍＡでよい調光器を使用するシステムでは電流に無駄が生じ、電力効率が低下するという課題がある。

また、従来、負荷の変動の大きな照明の調光装置において、大きな負荷の駆動に使用する主電源開閉素子（サイリスタなど）と並列に、小さな負荷の駆動に使用する保持電流の少ない副電源開閉素子を設け、重負荷時には主電源開閉素子を使用し、軽負荷時には副電源開閉素子を使用して位相制御を行うようにした発明が提案されている（特許文献２）。しかし、特許文献２の発明は、主電源開閉素子と副電源開閉素子の２つの電源開閉素子を必要とするため、部品点数が増加し調光器の小型化を妨げるという課題がある。

この発明は上記のような課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、位相制御式の調光器を備えた照明システムを構成する照明用電源装置において、位相制御式調光器のスイッチング素子に最適な保持電流を流して、無駄な電流を流すことなく誤動作の発生を回避できるようにすることにある。

また、本発明の他の目的は、位相制御式の調光器を備えた照明システムを構成する照明用電源装置における電力効率を高めることにある。

上記目的を達成するため、本発明は、
位相制御式調光器により位相制御された交流を整流する整流回路により交流から直流に変換された電圧を受け、負荷に供給する直流電圧・電流を生成し出力する照明用電源装置において、
前記整流回路により変換された電圧もしくはそれに比例した電圧を監視して前記位相制御式調光器が誤動作した場合に生じる事象が発生していないか判定しながら、前記整流回路から引き抜く電流を予め設定された所定の電流値から開始して徐々に電流を減らして行き、前記位相制御式調光器が誤動作した場合に生じる事象を検出した直前の電流値を保持電流値と決定するようにしたものである。

上記のような手段によれば、位相制御式調光器のスイッチング素子に必要最小限の保持電流を流すことができ、それによって調光器の誤動作の発生を回避することができる。また、必要以上に大きな保持電流を流さないで済むので、位相制御式調光器を備えた照明用電源装置における電力効率を高めることができる。

ここで、前記照明用電源装置は、例えば、
前記整流回路により変換された電圧もしくはそれに比例した電圧が入力される電圧入力端子と、
前記整流回路から出力される電流の一部を引き抜くための電流引抜き用端子と、
前記電圧入力端子に接続され該電圧入力端子に入力された電圧がゼロになるタイミングおよび入力電圧が急峻に変化するタイミングを検出するタイミング検出回路と、
前記タイミング検出回路による検出結果に基づいて入力電圧のゼロでない期間を判定する期間判定回路と、
前記タイミング検出回路による検出結果に基づいて前記位相制御式調光器の誤動作を判定する誤動作判定回路と、
前記期間判定回路により判定された期間に応じて前記整流回路から引き抜く電流を制御する電流制御回路と、を有する制御回路を備えるように構成する。
これにより、前記整流回路から引き抜く電流を、予め設定された比較的大きな電流値から開始して徐々に電流値を減らして行き、前記誤動作判定回路が誤動作を検出した直前の電流値を引抜き電流値と決定しその電流値を維持するように電流制御を行う制御回路を容易に実現することができる。電流引抜き用端子は、直接電流を引くものであっても良いし、電流引抜き用のスイッチング素子をオンさせる制御信号を出力するものであってもよい。

また、望ましくは、前記制御回路は、前記期間判定回路から出力される信号に応じて所定の周波数のクロック信号を計数するカウンタと、該カウンタの計数値を保持可能なラッチ回路と、前記カウンタの計数値と前記ラッチ回路が保持している値とを前記期間の終了タイミングで比較する比較回路と、該比較回路が一致を判定する毎に出力する信号を計数する積分器と、該積分器の出力でカウントダウンされ前記誤動作判定回路の出力でカウントアップされるアップダウンカウンタと、該アップダウンカウンタの出力するデコーダとを備え、前記電流制御回路は前記デコーダの出力に応じて前記引抜き電流を流すトランジスタを制御するように構成する。
これにより、上記のように引抜き電流値を制御する制御回路を既存の機能回路を用いて合理的に構成し、回路構成を容易にして保持電流最適化のための回路を最小構成で実現することができる。

また、望ましくは、前記制御回路は半導体集積回路として構成され、前記電流制御回路により制御され前記引抜き電流を流すトランジスタが、前記制御回路と同一のＩＣとして形成されているようにする。
引抜き電流を流すトランジスタを制御回路と同一のＩＣとして形成することにより、装置を構成する部品点数を減らし、装置の小型化を可能にする。

あるいは、前記制御回路は半導体集積回路として構成され、前記電流制御回路により制御され前記引抜き電流を流すトランジスタは、前記制御回路が形成された半導体チップの外付け素子として設けられ、前記電流引抜き用端子より出力される前記電流制御回路の出力信号によって前記トランジスタが制御されて前記引抜き電流を流すように構成する。
引抜き電流を流すトランジスタを外付けの素子とすることにより、該トランジスタに比較的高い電圧が印加される可能性がある場合に、制御回路が形成される半導体集積回路装置を高耐圧のプロセスを使用することなく製造することができ、コストアップを回避することができる。また、必要な耐圧や放熱を考慮して、最適な外付けトランジスタを選択することができる。

さらに、望ましくは、前記トランジスタと直列に接続された電流−電圧変換手段を備え、前記制御回路には、前記電流−電圧変換手段により変換された電圧が入力される電流検出端子が設けられ、前記電流制御回路は前記電流検出端子の電圧に応じて前記トランジスタにより流す引抜き電流を制御するように構成する。
これにより、引抜き電流を流すトランジスタにあまり大きな電流が流れないようにリミッタをかけることができ、電力効率を高めることができる。

また、望ましくは、前記整流回路の出力端子に接続された定電圧源と、該定電圧源の電流によって充電され電気エネルギーとして蓄積可能なエネルギー蓄積手段と、前記定電圧源と前記エネルギー蓄積手段との間に設けられた逆流防止用の整流素子とを有し、前記整流回路により交流から直流に変換された電圧を受けて前記制御回路の動作に必要な電源電圧を生成するレギュレータを備え、電流引抜き用の前記トランジスタは、前記定電圧源と前記整流素子の接続点と接地点との間に接続され、前記定電圧源を介して前記整流回路の出力端子から電流を引き抜くように構成する。
定電圧源を介して整流回路の出力端子から電流を引き抜くことにより、引抜き電流を流すトランジスタにあまり大きな電流が流れないように制限し、電力効率を高めることができる。

さらに、望ましくは、前記制御回路は、負荷に流れる電流の大きさおよび該電流の変化量に応じて、実行中の電流制御を継続または停止する。電流制御を停止した場合には、直前の引抜き電流が維持される。一旦引抜き電流値を決定した後も引抜き電流の制御を続けていると、引抜き電流値が変化されることがあり、特に負荷としての照明に流れる電流が少ない状態で引抜き電流値の変化量がある程度大きくなると明るさが変化しているように見えてしまうが、そのような場合に引抜き電流制御を停止することで、うねり（明るさの揺らぎ）を防止することができる。

以上説明したように、本発明に従うと、位相制御式の調光器を備えた照明システムを構成する照明用電源装置において、位相制御式調光器のスイッチング素子に常時保持電流を流して、誤動作の発生を回避することができる。また、サイリスタなどのスイッチング素子に必要最小限の保持電流を流すことができ、それによって位相制御式の調光器を備えた照明システムを構成する照明用電源装置における電力効率を高めることができるという効果がある。

本発明を適用して有効な位相制御式のＬＥＤ電源装置およびそれを用いたＬＥＤ照明システムの概略構成を示すブロック図である。 実施形態の照明システムを構成するＬＥＤ電源装置の制御用ＩＣの保持電流最適化の概略構成を示すブロック図である。 実施形態の照明システムにおいて調光器による位相制御が行われ、サイリスタなどのスイッチング素子に保持電流以上の電流が流れて正常に動作している場合の各部の信号や電圧の変化の様子を示すタイミングチャートである。 実施形態の照明システム調光器による調光が下げられて、スイッチング素子に保持電流以下の電流しか流れないようになって誤動作状態になった場合の各部の信号や電圧の変化の様子を示すタイミングチャートである。 実施例の制御用ＩＣにおける比較器および積分器（分周カウンタ）の動作を示すタイミングチャートである。 実施例の制御用ＩＣにおける起動後のブリーダ電流（引抜き電流）の変化を示すタイミングチャートである。 実施例の制御用ＩＣにおける起動後のアップダウンカウンタの動作およびブリーダ電流（引抜き電流）の最大値の変化を示すタイミングチャートである。 実施例のＬＥＤ電源装置の第１の変形例を示す回路構成図である。 実施例のＬＥＤ電源装置の第２の変形例を示す回路構成図である。 実施例のＬＥＤ電源装置の第３の変形例を示す回路構成図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を適用して有効な位相制御式のＬＥＤ電源装置およびそれを用いたＬＥＤ照明システムの概略構成を示す。

図１に示すように、本実施形態の位相制御式ＬＥＤ照明システムは、商用交流電源からの交流電源電圧ＡＣを入力とし、スイッチング素子のオン位相角を制御することで交流電源電圧のデューティ比を変化させて出力する位相制御式調光器１０と、入力された交流を全波整流して直流に変換するダイオードブリッジなどからなる整流回路２１と、整流回路２１により変換された直流電圧・電流に基づいて所望の電力を負荷としてのＬＥＤランプ２２へ供給するＡＣ−ＤＣコンバータ（直流電圧変換回路）からなるＬＥＤ電源回路２３、該ＬＥＤ電源回路２３の制御回路（３０）の動作に必要な電源電圧を生成するレギュレータ２４などから構成されている。
なお、正確には、図１において一点鎖線で囲まれている回路のうちＬＥＤランプ２２を除いた部分が電源回路（ＡＣ−ＤＣコンバータ）である。ＡＣ−ＤＣコンバータは、図１に示されている構成のものに限定されず、直流電圧に変換できるものであれば他の構成のＡＣ−ＤＣコンバータであっても良い。

位相制御式調光器１０は、サイリスタ（ダイアック）もしくはトライアックなどのスイッチング素子１１と、該スイッチング素子１１を位相制御でオン／オフする制御部１２と、可変抵抗などからなる調光調節手段１３を備え、制御部１２が調光調節手段１３の抵抗値などの状態に応じてスイッチング素子１１のオン位相角を制御することで交流電源電圧のデューティ比を変化させて出力する。なお、図１のＬＥＤ照明システムにおいては、ＬＥＤランプ２２が接続される出力端子ＯＵＴ１−ＯＵＴ２間に接続された容量Ｃ０は、出力端子間の電圧の変動を抑制するためのコンデンサである。出力端子ＯＵＴ１と接地点との間に、出力端子ＯＵＴ１の電圧（ダイオードＤ１のカソード電圧）を安定化させるための平滑コンデンサを接続しても良い。

本実施形態のＬＥＤ電源回路２３は、ＬＥＤランプ２２が接続される出力端子ＯＵＴ２と接地点との間に直列に接続されたインダクタＬ０とスイッチング・トランジスタＱ０および電流検出用のセンス抵抗Ｒｓと、インダクタＬ０とスイッチング・トランジスタＱ０との接続ノードＮ１と出力端子ＯＵＴ１との間に接続された整流用ダイオードＤ０と、スイッチング・トランジスタＱ０をオン／オフ制御するスイッチング制御用半導体集積回路（制御用ＩＣ）３０とを備え、いわゆるスイッチング・レギュレータとして構成されている。

また、センス抵抗Ｒｓで電流−電圧変換された接続ノードＮ２の電位が制御用ＩＣ３０へフィードバック電圧ＦＢとして入力されている。制御用ＩＣ３０は、フィードバック電圧ＦＢと基準電圧とを比較して電位差に応じた電圧を出力する誤差アンプを備え、該誤差アンプの出力電圧に応じてスイッチング・トランジスタＱ０をオン／オフ制御する信号を出力し、センス抵抗Ｒｓに流れる電流が一定とするような制御を行うように構成されている。

また、ＬＥＤ電源回路２３は、整流後の電圧を分圧する直列の抵抗Ｒ１，Ｒ２を備え、抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧された電圧が制御用ＩＣ３０の入力端子ＶＩＮへ監視電圧Ｖｉｎとして入力されている。さらに、制御用ＩＣ３０には、レギュレータ２４により生成された電圧が供給される電源端子ＶＣＣ、整流回路２１の出力端子に抵抗Ｒ３を介して接続され、調光器内のスイッチング素子１１の保持電流を引くための電流引込み端子ＢＣが設けられている。制御用ＩＣ３０のこの電流引込み機能についは、後に詳しく説明する。

制御用ＩＣ３０は、トランジスタＱ０とセンス抵抗Ｒｓとの接続ノードＮ２の電位が下がると、トランジスタＱ０をオンさせる制御信号をＱ０のゲート端子へ出力する。これにより、Ｑ０を通って接地点へ電流が流れることとなるが、整流用ダイオードＤ０が逆方向接続されているため、整流回路２１からＬＥＤ電源回路２３へ流れ込んだ電流は、ＬＥＤランプ２２−インダクタＬ０−トランジスタＱ０−抵抗Ｒｓを経由して接地点へ流れる。そして、ＬＥＤランプ２２はこの電流によって点灯されるとともに、この間にインダクタＬ０にエネルギーが蓄積される。

センス抵抗Ｒｓに電流が流れると、接続ノードＮ２の電位が高くなり、制御用ＩＣ３０は、ノードＮ２の電位と内部の基準電圧とを比較することで基準電圧よりも高くなるとトランジスタＱ０をオフさせる制御信号をＱ０のゲート端子へ出力する。そして、Ｑ０がオフされると、インダクタＬ０に蓄積されていたエネルギーが放出され、インダクタＬ０からダイオードＤ０を通して出力端子ＯＵＴ１へ向かう電流が流され、ＬＥＤランプ２２はこの電流によって点灯される。上記のような動作を繰り返すことで、ＬＥＤランプ２２が連続して点灯される。また、調光器１０によって交流入力の位相が制御されることで、ＬＥＤランプ２２の明るさが調節される。制御用ＩＣ３０によるトランジスタＱ０のスイッチング周波数は、交流入力電圧ＡＣの周波数よりも高い周波数となるように設定される。

図２には、上記ＬＥＤ電源回路２３を構成する制御用ＩＣ３０の実施例が示されている。
図２に示されているように、この実施例の制御用ＩＣ３０は、抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧された電圧Ｖｉｎが印加される入力端子ＶＩＮに接続され整流後の電圧が０Ｖとなるタイミングを検出するためのゼロクロス検出回路３１と、整流後の電圧が急峻に変化するタイミング（立上がりもしくは立ち下がり）を検出するためのエッジ検出回路３２と、ゼロクロス検出回路３１とエッジ検出回路３２からの信号に基づいて電流が流れている期間を判定し対応する信号ＥＮを出力する電流期間設定回路３３と、調光器１０の状態を判定する調光器判定回路３４とを備える。

調光器判定回路３４は、調光制御をしていないつまりＬＥＤを点灯するが調光を下げていない調光未使用状態を検出するもので、ゼロクロス検出回路３１がＶｉｎのゼロタイミングを検出しているにもかかわらず、エッジ検出回路３２がＶｉｎのエッジを検出していない場合に調光未使用状態と判定することができる。そして、調光器判定回路３４が調光未使用状態を検出すると、検出信号を上記電流期間設定回路３３へ出力し、電流期間設定回路３３の動作を停止もしくは出力を遮断するように構成されている。

また、制御用ＩＣ３０は、ゼロクロス検出回路３１とエッジ検出回路３２からの信号に基づいて調光器１０の誤動作を判定する誤動作判定回路３５と、交流電源電圧ＡＣの周波数よりも充分に高い周波数のクロック信号ＣＫを生成する発振器３６と、該発振器３６からのクロック信号ＣＫを計数するカウンタ３７と備える。誤動作判定回路３５は、エッジ検出回路３２がＶｉｎのエッジを２度検出した間にゼロクロス検出回路３１がＶｉｎのゼロタイミングを検出しない場合に調光器の誤動作と判定することができる。

さらに、制御用ＩＣ３０は、上記カウンタ３７の計数値をラッチするレジスタなどからなるラッチ回路３８と、カウンタ３７の現在の計数値とラッチ回路３８に保持されている値とを比較し一致しているか判定する比較器３９と、比較器３９の出力パルスを計数する積分器（分周カウンタ）４０と、該積分器４０からの信号によりダウンカウントし誤動作判定回路３５からの信号によりアップンカウントするアップダウンカウンタ４１と、該カウンタ４１の計数値をデコードするデコーダ４２とを備える。アップダウンカウンタ４１には、初期状態で予め決定された最大保持電流値を流す値が設定されるように構成されている。

さらに、制御用ＩＣ３０には、前記電流引込み端子ＢＣと接地点との間に接続された電流シンク用のＭＯＳトランジスタＱｓと、該トランジスタＱｓのドレイン電流を制御するための電流制御回路４３が設けられており、電流制御回路４３は上記デコーダ４２の出力に応じてトランジスタＱｓのゲート電圧を生成して引込み電流を制御する。電流制御回路４３はＤＡ変換回路により構成することができる。また、比較器３９は減算器により構成することができる。

次に、上記制御用ＩＣ３０による電流引込み動作について、図３〜図７を用いて説明する。図３は、調光器１０による位相制御が行われ、サイリスタなどのスイッチング素子１１に保持電流以上の電流が流れて正常に動作している場合の各部の信号や電圧の変化の様子を示す。また、図４は、調光器１０による調光が下げられて、スイッチング素子１１に保持電流以下の電流しか流れないようになって誤動作状態になった場合の各部の信号や電圧の変化の様子を示す。図３〜図７において、ブリーダ電流として示されている波形は、制御用ＩＣ３０により引き込まれる電流であり、制御用ＩＣ３０はこの電流を調節する機能を有する。

本実施例の制御用ＩＣ３０においては、図３に示すように、調光器１０が正常に動作していると、エッジ検出回路３２が入力電圧Ｖｉｎの立上がりエッジを検出して図３（Ｃ）のように、エッジ検出パルスを出力する。また、調光器１０が正常に動作していると、ゼロクロス検出回路３１が、入力電圧Ｖｉｎが０Ｖとなったタイミングを検出して、図３（Ｄ）のように、ゼロクロス検出パルスを出力する。
図３（Ｃ）や（Ｄ）のようなパルスが出力されると、調光器判定回路３４は、順位相調光であると判定し電流期間設定回路３３を動作状態にさせ、電流期間設定回路３３はエッジ検出パルスの出力タイミングｔ１でハイレベルに変化し電流が流れている期間を示す信号ＥＮを出力する。すると、カウンタ回路３７がこの期間を示す信号ＥＮをイネーブル信号として発振器３６からのクロック信号ＣＫの計数を開始する。そして、エッジ検出パルスがなくゼロクロス検出パルスのみ出力されたタイミングｔ２で、電流期間設定回路３３から出力される信号が変化することに応じて、カウンタ回路３７がクロックの計数を停止し、そのときのカウント値をラッチ回路３８へラッチさせる。

また、カウンタ回路３７のカウント値がラッチ回路３８へラッチされるとカウンタ３７がリセットされ、次のエッジ検出パルスの出力タイミングｔ３で再び０からクロック信号ＣＫの計数を開始する。そして、エッジ検出パルスがなくゼロクロス検出パルスのみ出力されたタイミングｔ４で、カウンタ回路３７がクロックの計数を停止し、そのときのカウント値と既にタイミングｔ２でラッチ回路３８にラッチされたカウント値とを、比較器３９が比較する。

その結果、２つのカウント値が一致していると分周カウンタ４０へカウントアップパルスを出力し、分周カウンタ４０をカウントアップさせて行く（図５のタイミングチャート参照）。また、比較器３９により２つのカウント値が一致していないと判定されたときは分周カウンタ４０へリセット信号を出力するとともに、そのときのカウンタ回路３７の値をラッチ回路３８へ再ラッチさせる信号を出力する。これにより、ラッチ回路３８は、カウンタ回路３７のカウント値が同一の間はラッチ動作をせずに前の値を保持し、カウント値が異なるとその値がラッチされることとなる。ただし、比較器３９による比較動作後に毎回ラッチさせるように構成しても良い。

上記のようにして、比較器３９による比較の結果が一致している場合すなわち調光器１０による調光調節に変化がない場合は、分周カウンタ４０が比較動作の度にカウントアップし、所定の数Ｎ（例えば１６）に達すると、アップダウンカウンタ４１へパルスを出力する。このパルスは、アップダウンカウンタ４１へダウンカウントを指示する信号として供給されるため、アップダウンカウンタ４１は分周カウンタ４０からパルスが入ってくる度にダウンカウント（−１）動作する。そして、前述したように、誤動作判定回路３５から誤動作検出パルスがアップダウンカウンタ４１に入ると、該カウンタ４１をカウントアップ（＋１）されることとなる。

一方、調光器１０が誤動作して入力電圧Ｖｉｎが０Ｖまで充分に下がらなかったとすると、図４（Ｄ）に示すように、正常時にはゼロクロス検出パルスが出力されるタイミングｔ２で、ゼロクロス検出パルスが出力されなくなる。すると、誤動作判定回路３５がそれを検出してパルスを出力し、それによってカウンタ回路３７がクロックの計数を停止する。また、誤動作判定回路３５の検出パルスは、アップダウンカウンタ４１に供給され、該カウンタ４１をカウントアップ（＋１）させる。

要するに、本実施例の制御用ＩＣ３０は、アップダウンカウンタ４１に初期状態で最大値が設定されており、制御開始直後はシンク用のトランジスタＱｓに最大の引込み電流が流れるようにされる。そして、カウンタ回路３７によるカウント値が同一つまり調光調節に変化がない間はアップダウンカウンタ４１を比較動作毎にダウンカウントさせ、トランジスタＱｓにより流される引込み電流（ブリーダ電流）を徐々に減らしていく（図６のタイミングチャート参照）。その結果、引込み電流が保持電流以下になると調光器１０が誤動作し、それが誤動作判定回路３５により検出されると、誤動作判定回路３５から誤動作検出パルスがアップダウンカウンタ４１へ供給され、該カウンタ４１をカウントアップ（＋１）させる（図７のタイミングチャート参照）。そして、その時点で上記のような一連の引込み電流調整動作を終了する。そのため、使用している調光器のスイッチング素子に最適な保持電流を引き込む状態に制御することができる。

なお、スイッチング素子にその保持電流以上の充分な電流が流れるような状態に調光器１０が調節されている場合（位相制御していないフル点灯の場合）には、図４（Ｂ）のように、整流後の電圧（ＩＣ３０の入力電圧Ｖｉｎ）が０Ｖまで下がらないような事態は発生しない。つまり、フル点灯の場合は、引込み電流を徐々に減らしても調光器に誤動作は発生しないので、アップダウンカウンタ４１はダウンカウントを続け、カウント値が０になることで、トランジスタＱｓにより流される引込み電流も０となるような制御が行われる。

以上、調光器１０が交流波形の位相の前縁（立上がり）を制御するタイプのものである場合について説明したが、図２の制御回路３０は、調光器１０が交流波形の位相の後縁（立下がり）を制御するタイプのものである場合にも同様な原理で引込み電流の最適化を行うことができる。位相の後縁が制御されている場合、カウンタ３７はゼロクロス検出パルスで計数を開始しエッジ検出パルスで計数を停止すれば良い。また、位相の後縁が制御されているか否かは、調光器判定回路３４がゼロクロス検出パルスとエッジ検出パルスのどちらが先に入って来ているかで判定することができる。

さらに、図２に示すような引込み電流調整制御を行う回路においては、一旦最適な保持電流を設定した後であっても、調光器１０側で調光調節手段１３により調光調節が行われることでＬＥＤ電流が変化すなわち入力電圧Ｖｉｎの位相（エッジ）が変化されると、その変化に応じてカウンタ３７の計数値が変化してアップダウンカウンタ４１がカウントアップまたはカウントダウンされて、調節後のＬＥＤ電流に応じた引き込み電流に制御される。そして、このように引込み電流制御を継続して行っていると、調光調節がされていない状態においても、アップダウンカウンタ４１がアップとダウンを繰り返すことで、ほぼ一定の引込み電流が流されることとなる。

なお、上記電流制御中、アップダウンカウンタ４１がアップとダウンを繰り返す。そして、このアップダウンは、分周カウンタ４０のカウント値Ｎが例えば１６であれば１秒間に数回行われ、その度にＬＥＤ電流が若干変動することとなる。この際、アップダウンカウンタ４１が＋１のアップと−１のダウンを繰り返すだけの場合やＬＥＤ電流が充分に大きな場合には、電流の変化量は小さいので人の目に感じることはない。しかし、交流入力電圧ＡＣの変動、使用する素子の特性等が原因でアップダウンカウンタ４１が短時間のうちに＋２以上アップしたり−２以上ダウンしたりすることがあり、それによって例えば１ｍＡ程度ＬＥＤ電流が変化したとする。すると、そのときのＬＥＤの調節電流が充分に大きければ相対的な変化量は少なく問題はないが、ＬＥＤの調節電流が例えば１０ｍＡのように比較的小さい場合には、１０ｍＡに対して１ｍＡ変化することで約１０％明るさが変化することとなるため、人の目にうねりとして見えてしまうという不具合がある。

そこで、本実施例の制御用ＩＣ３０においては、負荷としてのＬＥＤランプ２３に流れる電流の大きさおよび該電流の変化量に応じて、実行中の電流制御を継続または停止する。そして、電流制御を停止した場合には、直前の引抜き電流を維持するようにした。これにより、電流制御に伴ううねり（明るさの揺らぎ）の発生を防止することができる。ここで、実行中の電流制御を継続するか停止するかの判定は、例えばアップダウンカウンタ４１の出力あるいはデコーダ４２の出力を監視して所定量以上変化したか否か判断することで行うことができる。また、電流制御の停止は、回路３１〜４０の動作停止、あるいは誤動作判定回路３５と積分器４０の動作停止等で容易に実現することができる。なお、電流制御の停止は、上記のようなものに限定されるものではない。

なお、上記説明では、一例としてＬＥＤの電流が１０％変化した場合に電流制御を停止するとしたが、１０％はあくまでも一例であり、どの程度ＬＥＤ電流が変化した場合に人の目で認識できるかは、使用するＬＥＤランプ２３の特性や、そのときのＬＥＤ電流値、アップダウンカウンタ４１の分解能すなわちアップダウンカウンタ４１の値が「１」変化したときの引抜き電流値の変化量等、適用するシステムによって異なる。従って、ＬＥＤの電流が何％変化した場合に電流制御を停止させるかは、ＬＥＤ電流値やシステムに応じて適宜設定すればよい。

図８には、図１のＬＥＤ電源回路２３の第１の変形例が示されている。
この変形例のＬＥＤ電源回路２３は、図２に示されているシンク用のオンチップのトランジスタＱｓを、制御用ＩＣ３０の外部に外付け素子として設けたものであり、動作的には図１のものと同一である。また、調光器１０と整流回路２１との間には、コモンモードコイルなどからなるノイズ遮断用のフィルタ２５が設けられている。さらに、図８には、制御用ＩＣ３０の電源電圧Ｖｃｃを生成するレギュレータ２４の具体的な回路の一例が示されている。

図８に示されているように、レギュレータ２４は、電源ラインＬ１と接地ラインＬ２との間に直列形態に接続された抵抗Ｒ４およびツェナーダイオードＤｚとからなる定電圧回路と、電源ラインＬ１と接地ラインＬ２との間に直列形態に接続されたＭＯＳトランジスタＱ１および抵抗Ｒ５と、Ｑ１と抵抗Ｒ５との接続ノードＮ４と制御用ＩＣ３０の電源端子ＶＣＣとの間に順方向接続された逆流防止用のダイオードＤ２と、ダイオードＤ２のカソード端子と接地ラインＬ２との間に接続されたコンデンサＣ２などから構成されている。そして、抵抗Ｒ４とツェナーダイオードＤｚとの接続ノードＮ３に上記ＭＯＳトランジスタＱ１のゲート端子が接続され、Ｑ１はゲート端子にツェナー電圧が印加されることで定電圧源として動作可能にされている。

この実施例のレギュレータ２４は、整流回路２１により全波整流された電圧（脈流）がＤｚのツェナー電圧以上になると抵抗Ｒ４およびツェナーダイオードＤｚに電流が流れ、ＭＯＳトランジスタＱ１のゲート端子に定電圧が印加されてオン状態とされ、ダイオードＤ２を介してコンデンサＣ２に電流が流れ込む。その後、全波整流された電圧（脈流）がＤｚのツェナー電圧以下になるとＱ１がオフし、ノードＮ４の電位は下がるが、逆流防止用のダイオードＤ２によってコンデンサＣ２の放電が阻止される。
上記の動作を繰り返すことによって、コンデンサＣ２に電荷がチャージされ平滑された電圧が生成され、制御用ＩＣ３０の電源端子ＶＣＣに電源電圧Ｖｃｃとして供給される。なお、レギュレータ２４は、上記のような構成のものに限定されるものでない。また、レギュレータ２４を設ける代わりに、別途バッテリもしくは補助電源を設けて制御用ＩＣ３０の電源電圧Ｖｃｃを供給するように構成することも可能である。

図９には、図１のＬＥＤ電源回路２３の第２の変形例が示されている。
この変形例のＬＥＤ電源回路２３は、整流回路２１の出力端子からスイッチング素子１１の保持電流を引き込む代わりに、抵抗Ｒ３の一方の端子を、レギュレータ２４を構成するＭＯＳトランジスタＱ１と抵抗Ｒ５との接続ノードＮ４に接続して、ノードＮ４から保持電流を引き込むようにしたものである。シンク用のＭＯＳトランジスタＱｓは、制御用ＩＣ３０内にオンチップの素子として設けられている。
この変形例のＬＥＤ電源回路２３においては、トランジスタＱ１のゲート端子がツェナー電圧に固定されることでドレイン電流が制限されるため、引込み電流の大きさも制限されることとなる。すなわち、図３（Ｆ）に示されているブリーダ電流の波形の頭が、破線のように、カットされたような波形となる。上記のように、引込み電流にリミッタをかけるように構成することによって、シンク用のＭＯＳトランジスタＱｓがオンチップの素子で構成されている場合に、耐圧以上の電圧がＱｓに印加されるのを回避することができる。

図１０には、ＬＥＤ電源回路２３の第２の実施例が示されている。
この実施例のＬＥＤ電源回路２３は、図８の第１変形例と同様に、シンク用のトランジスタＱｓを制御用ＩＣ３０の外部に外付け素子として設けるとともに、該トランジスタＱｓと直列にセンス抵抗Ｒｓ２を接続し、制御用ＩＣ３０内にはセンス抵抗Ｒｓ２で電流−電圧変換された電圧と所定の基準電圧との電位差に応じた電圧を出力する誤差アンプなどからなる電流検出回路を設けてある。そして、保持電流制御回路４３（図３参照）は、電流検出回路の出力に応じてシンク用のトランジスタＱｓのゲート電圧を制御し、所定以上の電流値の引込み電流が流れないように抑制しつつ電流を引き込むように構成されている。このように引込み電流にリミッタをかけることにより、無駄な電流を減らし電力効率を高めることができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば、前記実施形態（図８〜図１０）においては、位相制御式調光器１０の後段に整流回路２１を設けた例を示したが、位相制御式調光器１０の前段に整流回路２１を設けるようにしても良い。

また、前記実施形態においては、ＡＣ−ＤＣコンバータ３１として、スイッチング・トランジスタＱ０とダイオードＤ０とインダクタＬ０を有するものを示したが、ダイオードＤ０の代わりにトランジスタを使用し、このトランジスタを制御用ＩＣ３０によってスイッチング・トランジスタＱ０と相補的にオン／オフ制御するいわゆる同期整流型のスイッチング・レギュレータとして構成することも可能である。
以上、本発明をその背景となった利用分野であるＬＥＤ照明システムに適用したものを説明したが、本発明はそれに限定されず、ＬＥＤランプ以外の照明器具を使用し位相制御式で調光を行う照明システムにも利用することができる。

１０ 位相制御式調光器
１１ スイッチング素子（サイリスタ，トライアック）
１２ 位相制御部
１３ 調光調節手段（可変抵抗）
２１ 整流回路（ダイオードブリッジ）
２２ ＬＥＤランプ（照明器具）
２３ ＬＥＤ電源回路（照明用電源装置）
２４ レギュレータ
３０ 制御用ＩＣ（制御回路）

Claims (10)

1. 位相制御式調光器により位相制御された交流を整流する整流回路により交流から直流に変換された電圧を受け、負荷に供給する直流電圧・電流を生成し出力する照明用電源装置であって、
   前記整流回路から引き抜く電流を、予め設定された所定の電流値から開始して徐々に電流を減らして行き、前記位相制御式調光器の誤動作を検出した直前の電流値を引抜き電流値と決定しその電流値を維持するように電流制御を行うことを特徴とする照明用電源装置。
2. 前記整流回路により変換された電圧もしくはそれに比例した電圧が入力される電圧入力端子と、
   前記整流回路から出力される電流の一部を引き抜くための電流引抜き用端子と、
   前記電圧入力端子に接続され該電圧入力端子に入力された電圧がゼロになるタイミングおよび入力電圧が急峻に変化するタイミングを検出するタイミング検出回路と、
   前記タイミング検出回路による検出結果に基づいて入力電圧のゼロでない期間を判定する期間判定回路と、
   前記タイミング検出回路による検出結果に基づいて前記位相制御式調光器の誤動作を判定する誤動作判定回路と、
   前記期間判定回路により判定された期間に応じて前記整流回路から引き抜く電流を制御する電流制御回路と、
   を有する制御回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の照明用電源装置。
3. 前記制御回路は、前記期間判定回路から出力される信号に応じて所定の周波数のクロック信号を計数するカウンタと、該カウンタの計数値を保持可能なラッチ回路と、前記カウンタの計数値と前記ラッチ回路が保持している値とを前記期間の終了タイミングで比較する比較回路と、該比較回路が一致を判定する毎に出力する信号を計数する積分器と、該積分器の出力でカウントダウンされ前記誤動作判定回路の出力でカウントアップされるアップダウンカウンタと、該アップダウンカウンタの出力するデコーダとを備え、前記電流制御回路は前記デコーダの出力に応じて前記引抜き電流を流すトランジスタを制御することを特徴とする請求項２に記載の照明用電源装置。
4. 前記制御回路は半導体集積回路として構成され、前記電流制御回路により制御され前記引抜き電流を流すトランジスタが、前記制御回路と同一のＩＣとして形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の照明用電源装置。
5. 前記制御回路は半導体集積回路として構成され、前記電流制御回路により制御され前記引抜き電流を流すトランジスタは、前記制御回路が形成された半導体チップの外付け素子として設けられ、前記電流引抜き用端子より出力される前記電流制御回路の出力信号によって前記トランジスタが制御されて前記引抜き電流を流すように構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の照明用電源装置。
6. 前記トランジスタと直列に接続された電流−電圧変換手段を備え、
   前記制御回路には、前記電流−電圧変換手段により変換された電圧が入力される電流検出端子が設けられ、前記電流制御回路は前記電流検出端子の電圧に応じて前記トランジスタにより流す引抜き電流を制御するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の照明用電源装置。
7. 前記整流回路の出力端子に接続された定電圧源と、該定電圧源の電流によって充電され電気エネルギーとして蓄積可能なエネルギー蓄積手段と、前記定電圧源と前記エネルギー蓄積手段との間に設けられた逆流防止用の整流素子とを有し、前記整流回路により交流から直流に変換された電圧を受けて前記制御回路の動作に必要な電源電圧を生成するレギュレータを備え、
   電流引抜き用の前記トランジスタは、前記定電圧源と前記整流素子の接続点と接地点との間に接続され、前記定電圧源を介して前記整流回路の出力端子から電流を引き抜くように構成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の照明用電源装置。
8. 前記制御回路は、負荷に流れる電流の大きさおよび該電流の変化量に応じて、実行中の電流制御を継続または停止することを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の照明用電源装置。
9. 負荷となる照明器具と直列に接続されるインダクタに間欠的に電流を流すスイッチング素子と、該スイッチング素子を駆動する制御回路を備え、位相制御式調光器により位相制御された交流を整流する整流回路により交流から直流に変換された電圧を受け、負荷に供給する直流電圧・電流を生成し出力する照明用電源装置における保持電流の制御方法であって、
   前記制御回路は、前記整流回路により変換された電圧もしくはそれに比例した電圧を監視して前記位相制御式調光器が誤動作した場合に生じる事象が発生していないか判定しながら、前記整流回路から引き抜く電流を予め設定された所定の電流値から開始して徐々に電流を減らして行き、前記位相制御式調光器が誤動作した場合に生じる事象を検出した直前の電流値を保持電流値と決定し、引き抜く電流を制御することを特徴とする照明用電源装置における保持電流の制御方法。
10. 前記制御回路は、負荷としての照明器具に流れる電流の大きさおよび該電流の変化量に応じて、実行中の電流制御を継続または停止することを特徴とする請求項９に記載の保持電流の制御方法。

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